Torniamo a parlare di innovazione e di futuro dell’aviazione e lo facciamo con il Fast Team (Fast AeroSpace Transportation), un gruppo di studenti di ingegneria che, in collaborazione con il politecnico di Milano, ha progettato un potentissimo motore che promette di trasportare cento passeggeri da Roma-Tokyo in due ore. Questo progetto è stato premiato dalla Ariane Groupe, nell’ambito dello «Student Aerospace Challenge». Facciamoci spiegare meglio di cosa si tratta.
Buongiorno Fast Team e grazie per averci concesso questa intervista.
Emanuele Ferretti / Aviation Report: Fast team, da dove nasce la vostra passione per il mondo dell’aviazione?
Fast team: Il team è composto da cinque membri: Alberto Chiozzi, Mattia Gabriele Bertolini, Alessandro Castelvetri, Lorenzo Beggio e Luca Colombo. Queste persone hanno sempre avuto un interesse preponderante nel campo dell’aviazione e dello spazio, macchine che a prima vista sembrano sconfiggere le leggi della fisica e che permettono all’uomo di compiere azioni per cui non è pensato sono semplicemente poetiche e ci affascinano. Come diceva il celebre Leonardo Da Vinci, forse il “padre” di noi ingegneri aerospaziali:” chi ha provato il volo, camminerà guardando il cielo perché la è stato e la vuole tornare”. Alcuni membri del gruppo hanno cominciato un percorso relativo a questo settore già alle superiori, altri si sono appassionate più tardi ma tutti noi ci siamo incontrati al politecnico accomunati prima dalla passione per l’aviazione e lo spazio e poi da una sempre più stretta amicizia.
Emanuele Ferretti / Aviation Report: Come vi è venuto in mente di progettare un motore ipersonico?
Fast team: Il gruppo ha avuto l’idea di progettare il motore nell’ambito di una competizione universitaria di livello europeo patrocinata da Ariane Group, Dassault Aviation e l’agenzia spaziale europea in collaborazione conl’Astronaute Club Europeen e dall’Air and Space Museum di Le Bourget. Durante questa competizione, ci è stato posto un obbiettivo: “come trasportare 100 passeggeri per una tratta di 10.000 km in meno di due ore?”. La competizione comprendeva vari ambiti dello sviluppo di un sistema complesso come un velivolo supersonico: dall’analisi della fluidodinamica del velivolo, allo studio della parte propulsione fino all’analisi delle condizioni mediche dei passeggeri. Con il fast team da subito abbiamo preso la decisione di partecipare allo sviluppo del sistema propulsivo del velivolo in grado di garantire il raggiungimento degli obbiettivi di missione. Così dal mondo delle idee si è pian piano venuto a materializzare il Trinity Engine.
Emanuele Ferretti / Aviation Report: Come sempre le sfide si vincono in team: volete parlarci dei professori che vi hanno seguito in questa avvincente sfida?
Fast team: Riuscire a districarsi in questo progetto non è stato per nulla facile e se è stato possibile farcela è anche grazie all’associazione studentesca a cui siamo affiliati: PoliSpace e al nostro professore Roberto Andriani, docente al politecnico di Milano. PoliSpace è un’associazione del Politecnico di Milano che raccoglie studenti volenterosi di mettersi alla prova con questo tipo di competizioni provenienti dai più svariati rami accademici, l’associazione ci ha fornito il suo supporto in campo burocratico aiutandoci ad ottenere le licenze per i software (che hanno giocato un ruolo cruciale nello sviluppo del motore), e logistico fornendoci due referenti, i quali ci hanno aiutato a coordinarci tra di noi e a procedere nel lavoro nella maniera più efficiente possibile.
Il professor Andriani, il docente che invece ha garantito per noi durante la competizione, è stato conosciuto durante lo svolgimento del corso di: “Propulsione aerospaziale” e anche lui è stato di vitale importanza in quanto con la sua esperienza ci ha aiutato dandoci conferme sul lavoro da noi svolto in completa autonomia andando così a validare i risultati ottenuti.
Emanuele Ferretti / Aviation Report: Quali difficoltà avete dovuto affrontare nel progettare questo motore?
Fast team: Le difficoltà sono state molte, ma da tutte abbiamo potuto apprendere qualcosa. Essendo studenti di triennale, ad esempio, non possediamo ancora molte nozioni tipiche degli studenti di magistrale, nozioni che sono tuttavia fondamentali per il buon progetto dei sottosistemi del motore e che abbiamo di conseguenza dovuto apprendere noi in autonomia attraverso una (talvolta frustrante) fase di ricerca e studio della letteratura di riferimento in materia. Ci siamo spesso trovati a passare intere nottate ad azzuffarci con capitoli, concetti e software che sembravano giocarci contro, per non parlare poi di quelle volte in cui i risultati dei nostri studi e delle nostre simulazioni non erano quelli attesi simboleggiando la necessità di un probabile rifacimento di intere analisi oppure della necessità di ulteriori approfondimenti; tutto questo chiaramente va sommato agli esami universitari che abbiamo preparato in parallelo e che non ci hanno fatto sconti. Insomma, è stato un periodo a dir poco carico di lavoro, e di emozioni, un periodo tuttavia pregno di opportunità per migliorare sia le nostre soft skills che le nostre hard skills che speriamo di aver sfruttato al massimo per accrescere il nostro bagaglio culturale.
Emanuele Ferretti / Aviation Report: Che caratteristiche ha il motore che avete progettato e cosa lo differenzia dagli altri motori oggi in uso?
Fast team: Il motore che abbiamo progettato potrebbe essere inserito nella categoria di motori a ciclo combinato (come quella dell’SR-71 per intenderci) comprende elementi tipici di motori già in uso nell’ambito dell’aviazione civile e militare come il turbofan a basso bypass impiegato per esempio nell’EJ-2000, il motore dell’Eurofighter Typhoon che ci permette di sostenere anche crociere subsoniche o supersoniche a un numero di mach relativamente basso miscelato con elementi relativamente nuovi come il motore Ramjet che grazie all’assenza di parti mobili ci permette di raggiungere le elevate velocità necessarie per coprire una fase di crociera supersonica a mach 4.8. Tuttavia, questa configurazione non era in grado di coprire la distanza richiesta in due ore. Questo è anche dovuto al bisogno di spostarsi in zone dove è consentita la rottura del muro del suono (il concorde è un buon esempio di questo fatto, era infatti vietato effettuare la transizione in volo supersonico al di sopra di aree densamente popolate) che costituisce un ulteriore perdita di tempo. È stata così necessaria l’implementazione di un motore a razzo in grado di inserire il velivolo su una traiettoria balistica che permetterà di coprire le ultime migliaia di chilometri in tempi brevissimi, l’aggiunta di questo ulteriore sottosistema nel motore, oltre ad essere un prerequisito della challenge, ci apre nuovi orizzonti e possibilità di impiego; infatti, ad oggi il motore sembrerebbe avere un promettente impiego come sistema propulsivo per un ipotetico deployer di satelliti.
Emanuele Ferretti / Aviation Report: Che tipo di carburante usa il motore che avete progettato?
Fast team: La linfa vitale del nostro motore è l’idrogeno, esso è infatti un ottimo vettore di energia che se prodotto utilizzando fonti rinnovabili diventa completamente green avendo un impatto ambientale sostanzialmente nullo. L’idrogeno è inoltre ottimo per quanto riguarda la densità di energia immagazzinata, esso ha infatti un potere calorifico quasi triplo se comparato a quello dei convenzionali combustibili aeronautici. Chiaramente come sempre nella pratica i vantaggi sono inevitabilmente accompagnati da svantaggi, l’idrogeno è un carburante molto insidioso con cui lavorare, è infatti estremamente reattivo e sia il suo stoccaggio che il suo mantenimento allo stato criogenico sono problematici. Tuttavia, alcune note compagnie stanno puntando molto su questo combustibile il che ci dà conforto e ci fa capire che non siamo fuoristrada.
Emanuele Ferretti / Aviation Report: Sempre più spesso si parla di basso impatto sia dal punto di vista sia sonoro sia ambientale: in che modo avete lavorato per rendere più sostenibile il tuo motore?
Fast team: La rumorosità è stata una grande insidia nel progetto per diversi suoi aspetti. Una possibilità sarebbe stata implementare il sistema di propulsione a razzo per assistere il decollo ma questo avrebbe reso impossibile utilizzare il motore in strutture convenzionali come gli aeroporti moderni, per cui abbiamo deciso che il decollo sarebbe dovuto avvenire utilizzando un motore a getto. Tra i vari tipi di motore a getto abbiamo scelto il turbofan a flussi associati anche perché grazie alla miscelazione dei gas provenienti dal compressore di bassa pressione con quelli in uscita dalla turbina è possibile ottenere un flusso globalmente più lento e quindi molto meno rumoroso (bisogna tenere in conto che il rumore scala con l’ottava potenza della velocità di efflusso”. Il secondo aspetto della rumorosità con cui ci siamo interfacciati è la transizione in regime di volo supersonico che abbiamo cercato di affrontare dotando il motore della capacità di
operare efficientemente in regime subsonico (il punto di design per il turbofan è infatti mach 0.9) permettendo così al velivolo di raggiungere quote elevate e luoghi idonei alla transizione minimizzando gli effetti sonori dell’onda d’urto a terra. Non dobbiamo dimenticare che anche la crociera in fase supersonica risulta estremamente rumorosa, infatti, il velivolo in quella fase opererà ad altezze molto elevate (28 Km) con il duplice vantaggio di ridurre il rumore a terra e di volare in condizioni di minore attrito e conseguente minor surriscaldamento della struttura esterna, dei bordi d’attacco e delle prese d’aria del motore.
Emanuele Ferretti / Aviation Report: A vostro modesto parere come cambierà il mondo del volo negli anni a venire?
Fast team: A nostro parere il mondo dell’aeronautica subirà un’interessante differenziazione per quanto riguarda la tipologia di voli che i passeggeri potranno affrontare. Per quanto riguarda il presente, l’unico modo per viaggiare prende forma in velivoli con velocità di crociera subsoniche. Questi mezzi hanno raggiunto delle efficienze molto alte e sicuramente rimarranno l’opzione numero uno per quanto riguarda i voli commerciali a basso costo.
Dal punto di vista invece dell’élite di passeggeri ad alto potenziale d’acquisto, stiamo assistendo ad un forte sviluppo di quelli che sono i voli supersonici. BOOM Supersonic ne è un chiaro esempio. Questi nuovi velivoli sono in grado di garantire il raggiungimento di mete molto lontane e circa la metà del tempo attuale richiesto.
Un’altra tendenza che si sta iniziando a manifestare e di cui il FAST Team è particolarmente interessato è l’utilizzo di sistemi ibridi in grado di funzionare sia in atmosfera che in orbita. Riuscire a creare sistemi di questo tipo richiede un livello di complessità molto più alto ma allo stesso tempo apre opportunità di revenue incredibili. In questo caso è garantito sia un accesso al mercato spaziale (ovvero deployment di
satelliti, missioni orbitali etc.) che al mercato terreste (voli di un decimo del tempo etc). Il team è dunque interessato a proseguire lo sviluppo del Trinity Engine con l’obbiettivo ultimo di creare un sistema in grado di funzionare anche in orbita. Stiamo dunque iniziando a pensare di costruire un dimostratore semplificato in modo tale da dimostrare l’idea e acquisire le competenze richieste per lo sviluppo futuro.
Emanuele Ferretti / Aviation Report: Quali sfide attendono il FAST Team nel prossimo futuro? Cosa ci potete anticipare?
Fast team: Senza dubbio il lavoro del team non finisce qui, stiamo infatti portando avanti il progetto, sempre in ambito accademico, nell’ottica di presentarlo IAC (International Astronautical Congress) che quest’anno si terrà a Parigi e che vedrà il Trinity Engine protagonista per uno spazio di quindici minuti nel simposio “Hypersonic Air-breathing and Combined Cycle Propulsion, and Hypersonic Vehicle” (Link). Senza dubbio sarà un’ottima occasione per recepire pareri e critiche facendone tesoro e sfruttandole come spunto per il miglioramento del motore. Chiaramente il nostro sogno nel cassetto sarebbe poter realizzare un piccolo dimostratore del motore, ma diamo tempo al tempo, la strada da percorrere richiede ancora parecchio impegno da parte nostra, quindi gambe in spalla e al lavoro!
Fast team è stato un piacere parlare con voi, complimenti ancora per il prestigioso premio che avete ricevuto egrazie per il tempo che ci avete dedicato.
Intervista a cura di Emanuele Ferretti
Immagini: FAST TEAM
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